Czujniki ciśnienia absolutnego ›nienia atmosferycznego 2.3.anometry i ich rodzaje M 2.3.1. Skala...

Spis

treś

ci

Dodatek techniczny do WIADOMOŚCI Inter Cars SA nr 39/Lipiec 2011

Czujniki ciśnieniaabsolutnegoKompendium praktycznej wiedzyAutor: mgr inż. Stefan Myszkowski

1. Jednostki ciśnienia i ich przeliczanie 2

1.1. Przeliczenia wartości ciśnień podawanych w różnych jednostkach

1.2. Przykłady przeliczeń jednostek ciśnienia

2. Sposoby określania wartości ciśnień 3

2.1. Skala absolutna ciśnień2.2. Określanie ciśnienia względem

ciśnienia atmosferycznego2.3. Manometry i ich rodzaje2.3.1. Skala manometru a skala względna ciśnień2.4. Przeliczanie wartości ciśnień pomiędzy

skalami ciśnień2.4.1. Przeliczanie wartości ciśnień ze skali

względnej na absolutną2.4.2. Przeliczanie wartości ciśnień ze skali

absolutnej na względną

3. Ręczne pompki podciśnieniowe

oraz pod- i nadciśnieniowe 7

4. Czujniki ciśnienia absolutnego w układach sterowania silników 8

4.1. Czujnik ciśnienia absolutnego w układzie dolotowym silnika wolnossącego

4.2. Czujnik ciśnienia absolutnego w układzie dolotowym silnika doładowanego

4.3. Czujniki ciśnienia absolutnego w układach dolotowych silników 1,4l TSI

4.3.1. Czujnik ciśnienia absolutnego (G583) i temperatu-ry powietrza (G520) w układzie dolotowym silnika

4.3.2. Czujnik ciśnienia absolutnego (G31) i temperatury powietrza (G299) w układzie dolotowym silnika

4.3.3. Czujnik ciśnienia absolutnego (G71) i temperatury powietrza (G42) w kolektorze dolotowym silnika

4.3.4. Czujnik ciśnienia atmosferycznego (czujnik ciśnienia absolutnego)

5. Diagnostyka czujnika ciśnienia absolutnego w stanie wymontowanym 13

5.1. Kontrola wartości napięcia zasilającego czujnik ciśnienia absolutnego

5.2. Kontrola wartości sygnału wyjściowego czujnika ciśnienia absolutnego

5.2.1. Kłopoty z pomiarem ciśnień5.3. Kontrola rezystancji czujnika temperatury

powietrza dolotowego

Dod

atki

tech

nicz

ne d

ostę

pne

w w

ersj

i ele

ktro

nicz

nej n

a w

ww

.inte

rcar

s.co

m.p

l

2 Dodatek techniczny

Czujniki ciśnienia absolutnego

Od autora

Szanowni Czytelnicy,

ten „Dodatek techniczny”, powstał z inspiracji lekturą informacji serwisowej firmy Pierburg. Zwraca ona uwagę, że w układach sterowania nowoczesnych silników jest wykorzystywanych kilka czujników ciśnienia absolutnego. Jako przykład, wybrano ciekawe konstrukcyjnie silniki 1,4l TSI, firmy Volkswagen. Mają one 4 takie czujniki (podrozdział 4.3.). Popularne turbodołado-wane silniki ZS mają ich przynajmniej dwa.W mojej ocenie, problem z tymi czujnikami polega na tym, że mierzą one ciśnienie w skali absolutnej. Dla osób wykonu-jących np. obliczenia termodynamiczne, podawanie ciśnienia w skali absolutnej, to codzienność. W tych obliczeniach, ciśnie-nia nie są określane w stosunku do ciśnienia atmosferycznego, jako pod- lub nadciśnienie (dla tej grupy osób, również skala temperatury Kelwina to normalność, a skala temperatury Cel-sjusza to jedynie praktyczne ułatwienie).Ale dla pracowników serwisów samochodowych, właśnie ten drugi sposób pomiaru ciśnienia, był do niedawna codzienno-ścią, np. pomiar ciśnienia sprężania w cylindrach silnika lub po-miar podciśnienia, z którym pompa paliwowa może pobierać paliwo. Od chwili, gdy czujniki ciśnienia absolutnego pojawiły się w samochodach, pracownicy serwisów samochodowych powinni umieć korzystać z obu skal ciśnień.Dlatego też dwa pierwsze rozdziały, poświęciłem jednostkom ciśnienia i przeliczaniu ciśnienia pomiędzy oboma skalami. Uważny czytelnik zauważy, że ta tematyka była już częścią „Dodatku technicznym” nr 34, jednak uczyniłem w tamtym wy-daniu uproszczenia, które w mojej obecnej ocenie, mogły być mylące dla czytelników. Materiał publikowany w tym wydaniu „Dodatku technicznego”, został zmieniony i mam nadzieje bę-dzie jednoznacznie interpretowany.Kończąc, informuję oczekujących na serię „Dodatków technicz-nych” o układach Common Rail, że nie zmieniłem planów, któ-re jej dotyczą. Będzie ona opublikowana. Proszę o cierpliwość. Przepraszam.

Stefan [email protected]

Zdjęcie na okładce - pomiar napięcia sygnału wyjściowego, czujnika ciśnienia absolutnego w układzie dolotowym silnika typu TFSI, samochodu firmy Audi. (Źródło: Pierburg)

1. Jednostki ciśnienia i ich przeliczanieCiśnienia, w danych technicznych, są podawane w różnych jednostkach, stąd potrzeba ich znajomości. Najbardziej po-pularną jednostką ciśnienia jest atmosfera techniczna [at]:

1 at = 1 kG/cm2

Ciśnienie o wartości 1 at oznacza, że na powierzchnię 1 cm2 naciska siła 1 kG.Jednostka siły o nazwie kilogram siły [kG] nie jest już dopusz-czona do używania. Uporządkowano bowiem układ jedno-stek, a w obowiązującym od wielu lat układzie jednostek SI (choć może nie wszyscy rozumieją i „czują” te jednostki), nie ma w układzie jednostek SI jednostki kilogram siły [kG]. W układzie jednostek SI, jednostką siły jest 1 niuton [N]. Ciśnienie jest chyba najczęściej określane w jednostkach na-zywanych paskalami [Pa]:

1 Pa = 1 N/m2

Ciśnienie o wartości 1 Pa oznacza, że na powierzchnię 1 m2 naciska siła 1 N. W praktyce są stosowane następujące tzw. jednostki wielokrotne od jednostki paskala [Pa].

hektopaskal [hPa] - 1 hPa = 102 Pa = 100 Pakilopaskal [kPa] - 1 kPa = 103 Pa = 1000 Pa

megapaskal [MPa] - 1 MPa = 106 Pa = 1000000 PaWiększość aktualnie oferowanych do sprzedaży manome-trów jest wyskalowana w megapaskalach [MPa] lub w kilo-paskalach [kPa].

1.1. Przeliczenia wartości ciśnień podawanych w różnych jednostkachDwiema najczęściej stosowanymi w praktyce jednostkami ciśnień są:

• atmosfera techniczna [at] - jest to jednostka używana jeszcze ze względów praktycznych, „z przyzwyczajenia”, mimo że jak wspomniałem oficjalnie nie jest już jednost-ką obowiązującą;

• paskal [Pa] lub jej jednostki wielokrotne - są to jednostki obowiązujące.

Ścisła zależność pomiędzy wartościami ciśnienia poda-wanymi w atmosferach technicznych [at], a podawanymi w paskalach [Pa], jest następująca:

1 at = 98066,5 Pa

3Dodatek techniczny


Jednak dla praktyki warsztatowej całkowicie wystarczające jest przybliżenie:

1 at ≈ 100000 Pa

W dalszych przeliczeniach będę się posługiwał tym przy-bliżeniem. W praktyce warsztatowej można stosować następujące zależności pomiędzy ciśnieniem podanym w atmosferach technicznych [at] a ciśnieniem podawanym w jednostkach wielokrotnych jednostki paskal [Pa]:

1 at ≈ 1000 hPa = 100 kPa = 0,1 MPa

Można również stosować następujące zależności pomiędzy ciśnieniem podanym w jednostkach wielokrotnych jednost-ki paskal [Pa] a ciśnieniem podanym w atmosferach tech-nicznych [at]:

• 1 hPa ≈ 0,001 at

• 1 kPa ≈ 0,01 at

• 1 MPa ≈ 10 at

• 0,1 MPa ≈ 1 at

W kraju jest wiele urządzeń pomiarowych wyskalowanych w innych jednostkach ciśnienia lub wartości ciśnień poda-wanych w tych jednostkach, np. w dokumentacjach serwi-sowych:

• bar [bar] (ma taką samą nazwę i oznaczenie jednostki).

• milimetr słupa rtęci [mmHg]

• centymetr słupa rtęci [cmHg]

• cal słupa rtęci [inHg]

• kilopond na centymetr kwadratowy [kp/cm2]

W praktyce warsztatowej, dla najczęściej spotykanych jed-nostek, można przyjąć następujące przeliczenia:

• 1 bar = 10000 Pa ≈ 1 at

• 1 mmHg ≈ 133,3 Pa = 0,1333 kPa

• 1 kPa ≈ 7,5 mmHg

• 1 at ≈ 750 mmHg

• 1 cmHg = 10 mmHg

• 1 inHg ≈ 25,4 mmHg ≈ 3385,8 Pa ≈ 3,3858 kPa

• 1 kPa ≈ 0,295 inHg

• 1 kp/cm2 = 1 at

1.2. Przykłady przeliczeń jednostek ciśnieniaJeśli mamy z pomocą ręcznej pompki podciśnieniowej uzy-skać podciśnienie 300 milimetrów słupa rtęci [mmHg], ale skala manometru jest wyskalowana w atmosferach tech-nicznych [at], to należy wykonać następujące przeliczenie:

ponieważ: 1 mmHg = 0,1333 kPawięc: 300 mmHg = 300 x 0,1333 kPa = 39,99 kPa ≈ 40 kPa

Trzeba jeszcze przeliczyć ciśnienie z kilopaskali [kPa] na at-mosfery techniczne [at], wykorzystując zależność:

1 kPa ≈ 0,01 at

Po przeliczeniu otrzymujemy więc:

40 kPa ≈ 0,40 at

Jeśli skala manometru jest wyskalowana w calach słupa rtę-ci [inHg], a wskazówka pokazuje ciśnienie 13 inHg, to aby przeliczyć wynik na kilopaskale [kPa], jednostkę stosowaną w naszym kraju i bardziej znaną, należy wykonać następu-jące przeliczenie:

ponieważ: 1 inHg ≈ 3,3858 kPawięc: 13 inHg ≈ 13 x 3,3858 kPa = 44,01 kPa ≈ 44 kPa

Jeśli jesteśmy stale zmuszeni do przeliczania jednostek, to sugeruję przygotować tabele przeliczeniowe.

2. Sposoby określania wartości ciśnieńSą dwa sposoby określania wartości mierzonego ciśnienia:

• w skali absolutnej ciśnień - przez porównanie wartości mierzonego ciśnienia z ciśnieniem panującym w próżni;

• w skali względnej ciśnień - przez porównanie wartości mierzonego ciśnienia z ciśnieniem atmosferycznym, które panuje w otaczającym nas powietrzu (dlatego ci-śnienie atmosferyczne jest nazywane również ciśnieniem otoczenia).

2.1. Skala absolutna ciśnieńW idealnej próżni ciśnienie nie występuje - wynosi zero, niezależnie od jednostek ciśnienia. Skalę, w której mierzoną wartość ciśnienia porównujemy do ciśnienia występują-cego w próżni, nazywamy skalą absolutną (rys.1c, lewa oś wykresu), a określenie „ciśnienie absolutne” oznacza, że mie-rzoną wartość ciśnienia porównujemy do ciśnienia wystę-pującego w próżni.Wartość ciśnienia atmosferycznego paa, mierzona w skali ab-solutnej, nie jest wartością stałą - zmienia się w niewielkim zakresie. Wiele czynników ma wpływ na wartość ciśnienia atmosferycznego, przykładowo wysokość nad poziomem



morza - maleje przy wzroście wysokości i rośnie przy obni-żaniu wysokości w stosunku do poziomu morza. Te zmiany odczuwają niektórzy z nas. tzw. meteoropaci. W zależności od jego wartości, twierdzą, że czują się lepiej lub gorzej.Aktualną wartość ciśnienia atmosferycznego, w [mmHg] lub [hPa], dla określonego miasta lub w odniesieniu do określo-nego miejsca np. płyty lotniska Okęcie w Warszawie, podają komunikaty pogodowe (rys.1a). W przybliżeniu wartość ci-śnienia atmosferycznego paa, jest równa:

0,1 MPa lub 100 kPa lub 1000 hPa lub 1 at lub 750 mmHg

Te wartości ciśnienia atmosferycznego można przyjąć jako stałe, po warunkiem, że nie przebywamy w miejscach poło-żonych na znacznych wysokościach w stosunku do pozio-mu morza lub w ciągu dnia nie przemieszczamy się na duże odległości.Układy sterowania współczesnych silników, zasilanych za-równo benzyną (ZI) jak i olejem napędowym (ZS), muszą jednak znać aktualną wartość ciśnienia atmosferycznego. Do jego pomiaru, układy sterowania silników wykorzystują czujniki ciśnienia absolutnego.Dobrze, gdy pracownik serwisu diagnozujący silniki, jeśli po-trzebuje, może zmierzyć aktualną wartość ciśnienia atmos-ferycznego. Może to uczynić tzw. barometrem. Kiedyś były barometry laboratoryjne, rtęciowe, a dziś są elektroniczne mierniki ciśnienia atmosferycznego (rys.1b).

2.2. Skala względna ciśnieńZ określaniem wartości mierzonego ciśnienia, względem ci-śnienia atmosferycznego (rys.1c, prawa oś wykresu), spoty-kamy się, gdy korzystamy z np. mechanicznych urządzeń do pomiaru ciśnień, czyli manometrów (patrz podrozdział 2.3.). Wynika to między innymi z ich konstrukcji.Na skali względnej ciśnień, wartość ciśnienia atmosferycz-nego jest zawsze przyjmowana jako zero, niezależnie od wartości ciśnienia atmosferycznego paa, mierzonego skali absolutnej.Jeśli wartość mierzonego ciśnienia jest (rys.1c):

• mniejsza od ciśnienia atmosferycznego - to nazywamy ją „podciśnieniem”; jeśli nie używamy określenia „podci-śnienie”, zmierzoną wartość ciśnienia należy poprzedzić znakiem minus (-);

• większa od ciśnienia atmosferycznego - to nazywamy ją „nadciśnieniem”; jeśli nie używamy określenia „nadciśnie-nie”, to dodatnią wartość zmierzonego ciśnienia przyjmu-jemy jako nadciśnienie.

2.3. Manometry i ich rodzajeOgólnie manometrem nazywamy miernik do pomiaru ci-śnienia. Rozróżniamy ich następujące rodzaje:

• manometr - domyślnie przyjmujemy, że manometr mierzy nadciśnienie;

• wakuometr - miernik do pomiaru podciśnienia;

• manowakuometr - miernik do pomiaru i pod- i nadciśnienia.

2.3.1. Skala manometru a skala względna ciśnieńCentralnym punktem skali manometru, wakuometru lub manowakuometru jest „zero” - patrz skala manowakuometru na rys.1d. Oznacza ono ciśnienie odniesienia skali względ-nej (rys.1c, prawa oś wykresu). Jeśli wskazówka manometru, wakuometru lub manowakuometru wskazuje cyfrę zero, to oznacza, że aktualnie mierzone ciśnienie jest równe ciśnie-niu atmosferycznemu.Jeśli wskazówka manowakuometru lub wakuometru znaj-duje się po lewej stronie zera (rys.1d), to mierzone jest pod-ciśnienie, czyli ciśnienie o wartości niższej od atmosferycz-nego. Wartość ciśnienia, wskazana przez wskazówkę na skali manowakuometru lub wakuometru, informuje, o ile mierzo-na wartość ciśnienia jest niższa od aktualnej wartości ciśnie-nia atmosferycznego.Jeśli wskazówka manometru lub manowakuometru znaj-duje się po prawej stronie zera (rys.1d), to mierzone jest nadciśnienie, czyli ciśnienie o wartości wyższej od atmos-ferycznego. Wartość ciśnienia, wskazana przez wskazówkę na skali manometru lub manowakuometru, informuje, o ile mierzona wartość ciśnienia jest wyższa od aktualnej warto-ści ciśnienia atmosferycznego.

2.4. Przeliczanie wartości ciśnień pomiędzy skalami ciśnieńDawniej, pomiar ciśnienia manometrem mechanicznym, a więc w skali względnej ciśnień (podrozdział 2.2.), był w serwisie samochodowym wystarczający. Wykorzystywa-nie w układach sterowania silników, czujników ciśnienia absolutnego, wymusiło posługiwanie się w serwisie samo-chodowym skalą absolutną ciśnień. Konieczna jest też umie-jętność przeliczania wartości ciśnień ze skali absolutnej na skalę względną i odwrotnie.Do przeliczania wartości ciśnień pomiędzy oboma skalami, niezbędna jest znajomość aktualnej wartości ciśnienia at-mosferycznego (patrz podrozdział 2.1.).

2.4.1. Przeliczanie wartości ciśnień ze skali względnej na absolutnąAby przeliczyć zmierzoną wakuometrem lub manowaku-ometrem wartość podciśnienia, na ciśnienie w skali absolut-nej, należy wykorzystać wzór 1:

5Dodatek techniczny


Rys.1 Skale do określania wartości ciśnień (rys.c): skala absolutna (lewa strona wykresu) - mierzone ciśnienie jest porównywane z zerowym ciśnieniem panującym w próżni (ci-śnienie odniesienia tej skali); oraz skala względna (prawa strona wykresu) - mierzone ciśnienie jest porównywane z ciśnieniem atmosferycznym paa (ciśnienie odniesienia tej skali). Skale mechanicznych mierników ciśnienia, np. manowakuometrów (rys.d), są wyskalowane w skali względnej. „Zero” oznacza ciśnienie odniesienia (ciśnienie atmosferyczne), względem którego jest porównywane mierzone ciśnienie. Jeśli wartość mierzonego ciśnienia, np. pa1, jest niższa od ciśnienia atmosferycznego nazywamy je podciśnieniem. Jeśli natomiast wartość mierzonego ciśnienia, np. pa2, jest wyższa od ciśnienia atmosferycznego nazywamy je nadciśnieniem. Aktualna wartość ciśnienia atmosferycznego paa, w skali absolutnej, jest podawana w komunikatach pogodowych (rys.a) lub można ją zmierzyć elektronicznym barometrem (rys.b).



(1) pa = paa - pp

gdzie:

pa - wartość ciśnienia w skali absolutnej;

paa- wartość ciśnienia atmosferycznego w skali absolutnej;

pp - wartość podciśnienia.

Przykład 1. Przyjmuję, że wartość ciśnienia atmosferyczne-go paa = 0,1 MPa. Zmierzona wartość podciśnienia pp1 = 0,06 MPa (rys.2). Obliczamy wartość ciśnienia pa1 w skali ab-solutnej, z wzoru 1 (relacje pomiędzy ciśnieniami pa1, paa i pp1, w skalach ciśnień absolutnej i względnej, przedstawia rys.4):

pa1 = paa - pp1 = 0,1 - 0,06 = 0,04 MPa

Aby przeliczyć zmierzonym manometrem lub manowaku-ometrem wartość nadciśnienia, na ciśnienie w skali absolut-nej, należy wykorzystać wzór 2:

(2) pa = paa + pn

gdzie:

pa - wartość ciśnienia w skali absolutnej;

paa - wartość ciśnienia atmosferycznego w skali absolutnej;

pn - wartość nadciśnienia.

Rys.2 Wartość podciśnienia pp1, na skali manowakuometru, zaznaczona również rys.4

Rys.3 Wartość nadciśnienia pn2, na skali

manowakuometru, zaznaczona również rys.4.

Rys.4 Graficzne przedstawienie ciśnień, w dwóch skalach - absolutnej i względnej, dla ciśnienia atmosferycznego paa o wartości 0,1 MPa. Oznaczenia na rysunku: paa - wartość absolutna ciśnienia atmosferycznego; pa1 i pa2 - wartości absolutne ciśnień; pp1 - wartość podciśnienia; pn2 - wartość nadciśnienia. Sposób przeliczania wartości ciśnień pomiędzy oboma skalami, jest omówiony w podrozdziale 2.4..

7Dodatek techniczny


Rys.6 Manometry ręcznych pompek: a) podciśnieniowej - wakuometr do pomiaru podci-śnienia; b) pod- i nadciśnieniowej - manowakuometr, do pomiaru pod- lub nadciśnienia, w zakresie od 0 do 1,5 bara (od 0 do 0,15 MPa). (Źródło: Mityvac/Pierburg)

pp1 = paa - pa1 = 0,01 - 0,04 = 0,06 MPa

Aby przeliczyć wartość ciśnienia w skali absolutnej, na war-tość nadciśnienia, należy wykorzystać wzór 4:

(4) pn = pa - paa

gdzie:

pn - wartość nadciśnienia;

paa - wartość ciśnienia atmosferycznego w skali absolutnej;

pa - wartość ciśnienia w skali absolutnej.

Przykład 4. Przyjmuję, że wartość ciśnienia atmosferyczne-go paa = 0,1 MPa. Wartość ciśnienia w skali absolutnej pa2 = 0,18 MPa. Obliczamy wartość nadciśnienia pn2, z wzoru 4 (relacje pomiędzy ciśnieniami pn2, pa2 i paa, w skalach ciśnień absolutnej i względnej, przedstawia rys.4)

pn2 = pa2 - paa = 0,18 - 0,10 = 0,08 MPa

3. Ręczne pomp-ki podciśnienio-we oraz pod- i nadciśnienioweZ zewnątrz, oba typy pompek wyglądają identycznie (rys.5). Odróżnić je można na podstawie manometrów. Ręczna pompka podciśnieniowa umożliwia uzyskanie tylko pod-ciśnienia, dlatego jest wyposażona w wakuometr (rys.6a). Ręczna pompka pod- i nadciśnieniowa umożliwia uzyskanie podciśnienia oraz nadciśnienia, w zakresie od 0 do 0,15 MPa, dlatego jest wyposażona w manowakuometr (rys.6b).

Rys.5 Ręczna pompka podciśnieniowa. W sprzedaży są też pompki pod- i nadciśnie-niowe. (Źródło: Sykes-Pickavant)

Przykład 2. Przyjmuję, że wartość ciśnienia atmosferycz-nego paa = 0,1 MPa. Zmierzona wartość nadciśnienia pn2 = 0,08 MPa (rys.3). Obliczamy wartość ciśnienia pa2 w skali ab-solutnej, z wzoru 2 (relacje pomiędzy ciśnieniami pa2, paa i pn2, w skalach ciśnień absolutnej i względnej, przedstawia rys.4):

pa2 = paa + pn2 = 0,1 + 0,08 = 0,18 MPa

2.4.2. Przeliczanie wartości ciśnień ze skali absolutnej na względnąWedług zasady przedstawionej w podrozdziale 2.2.:

• jeśli wartość ciśnienia w skali absolutnej jest mniejsza od ciśnienia atmosferycznego, to po przeliczeniu na skalę względną ciśnień, będzie to podciśnienie;

• jeśli wartość ciśnienia w skali absolutnej jest większa od ciśnienia atmosferycznego, to po przeliczeniu na skalę względną ciśnień, będzie to nadciśnienie.

Znając wartość ciśnienia w skali absolutnej, po porównaniu go z wartością ciśnienia atmosferycznego, należy wybrać wzór do jego przeliczenia na pod- lub nadciśnienie.Aby przeliczyć wartość ciśnienia w skali absolutnej, na war-tość podciśnienia, należy wykorzystać wzór 3:

(3) pp = paa - pa

gdzie:

pp - wartość podciśnienia;

paa- wartość ciśnienia atmosferycznego w skali absolutnej;

pa - wartość ciśnienia w skali absolutnej.

Przykład 3. Przyjmuję, że wartość ciśnienia atmosferyczne-go paa = 0,1 MPa. Wartość ciśnienia w skali absolutnej pa1 = 0,04 MPa. Obliczamy wartość podciśnienia pp1, z wzoru 3 (re-lacje pomiędzy ciśnieniami: pp1, paa i pa1, w skalach ciśnień absolutnej i względnej, przedstawia rys.4):



Wakuometry (rys.6a) ręcznych pompek podciśnieniowych, mają skalę o większej rozdzielczości, czytelniejszą. Mano-wakuometry (rys.6b) ręcznych pompek pod- i nadciśnienio-wych, mają skalę o mniejszej rozdzielczości, bowiem ta skala ma większy zakres wartości ciśnienia.Cechą odróżniającą od siebie ręczne pompki, oferowane przez różnych producentów, są jednostki na skali waku-ometru lub manowakuometru. Dobrze, aby podstawowa skala była wyskalowana w: barach [bar], milibarach [mbar] lub kilopaskalach [kPa]. Jeśli na skali wakuometru lub mano-wakuometru jest naniesiona również druga skala, to dobrze jest, aby była ona wyskalowana w milimetrach słupa rtęci [mmHg], bowiem w wielu instrukcjach serwisowych ta jed-nostka jest stosowana - unikniemy dzięki temu przeliczania jednostek. Źle, jeśli wakuometr lub manowakuometr jest wyskalowany tylko w nietypowych jednostkach np. cale słupa rtęci, bo-wiem nie jest to jednostka z europejskiego układu jedno-stek, co zmusza użytkownika do przeliczania jednostek.Pompki podciśnieniowe oraz pod- i nadciśnieniowe nie słu-żą do bezpośredniego zasysania płynów, a w szczególności paliwa lub rozpuszczalników. Można to uczynić tylko z wy-korzystaniem zbiornika pośredniego, który powinien być elementem jej wyposażenia. Przedostanie się do wnętrza pompki podciśnieniowej jakiegokolwiek płynu, powoduje konieczność demontażu, czyszczenia i smarowania elemen-tów ruchomych smarem wymaganym przez producenta.Warta zainteresowania jest nowa pompka pod- i nadciśnie-niowe oferowana przez firmę Pierburg - patrz rys.7.

Rys.7 Nowa ręczna pompka pod- i nadciśnieniowa firmy Pierburg, o numerze katalo-gowym 4.07370.27.0. Jest wykonana z metalu. Cechą wyróżniającą, jest manowaku-ometr o zakresie pomiarowym od -0,1 do 0,4 MPa (od -1 do 4 bar). Można go obracać. W zestawie jest bogate wyposażenie dodatkowe, umożliwiające również odsysanie cieczy. (Źródło: Pierburg)

4. Czujniki ciśnie-nia absolutnego w układach ste-rowania silnikówOd chyba ponad 20 lat, do pomiarów ciśnienia w kolektorze dolotowym silnika, nie wykorzystuje się czujników pod- lub nadciśnienia. Jest to spowodowane tym, że wartość ciśnie-nia atmosferycznego, względem którego są porównywane wartości mierzonych ciśnień, ma wartość zmienną (piszę o tym również w podrozdziale 2.1.).Wartość ciśnienia atmosferycznego zależy między innymi od:

• warunków pogodowych;

• wysokości nad poziomem morza, na której porusza się samochód.

Powoduje to zmiany mierzonej wartości pod- lub nadciśnie-nia, które uniemożliwiają uzyskanie wymaganej dokładno-ści pracy układu sterowania silnika. Z tego powodu czujniki pod- lub nadciśnienia nie są stosowane w układach doloto-wych współczesnych silników.Zastąpiły je czujniki ciśnienia absolutnego, które mierzą ci-śnienie w skali absolutnej. Porównują wartość mierzonego ciśnienia, z ciśnieniem panującym w minikomorze próżnio-wej czujnika, o stałej wartości, bliskiej zeru. Mierzona w ten sposób wartość ciśnienia nie jest zależna od wartości ciśnie-nia atmosferycznego. Czujniki ciśnienia absolutnego mierzą również wartość ciśnienia atmosferycznego.Sygnał wyjściowy czujnika ciśnienia absolutnego (informa-cja o wartości mierzonego ciśnienia absolutnego) jest prze-ważnie sygnałem typu napięciowego. Są też czujniki ciśnie-nia absolutnego w kolektorze dolotowym, np. stosowane przez firmę Ford, w których sygnał wyjściowy jest sygnałem typu częstotliwościowego (błędnie nazywany cyfrowym). Ma on kształt prostokątny, o stałej amplitudzie. Miarą mie-rzonego ciśnienia absolutnego jest częstotliwość sygnału wyjściowego.Czujnik ciśnienia absolutnego w układzie dolotowym silnika, szczególnie wolnossącego, jest nazywany w języku angiel-skim „MAP-sensor”. „MAP” to skrót od słów „Manifold Abso-lute Pressure”, które tłumaczymy jako „ciśnienie absolutne w kolektorze dolotowym”. W wersji skróconej, w naszym ję-zyku, ten czujnik nazywamy „MAP-sensorem” lub „czujnikiem MAP”.Czujnik ciśnienia absolutnego, montowany w układzie do-lotowym silnika doładowanego, za sprężarką lub turbosprę-żarką, jest nazywany w języku angielskim „Boost-sensor”, co tłumaczymy jako „czujnik ciśnienia doładowania”. W mojej opinii obie nazwy, angielska i polska, mogą być mylące, bowiem nie informują, jakie ciśnienie mierzy ten czujnik

9Dodatek techniczny


- absolutne czy nadciśnienie (nadciśnienie mierzy mecha-niczny manometr, jeśli przyłączymy go do kolektora doloto-wego). Że tak jest, przekonałem się już kilkakrotnie w rozmo-wach z pracownikami serwisów.

4.1. Czujnik ciśnienia absolutnego w układzie dolotowym silnika wolnossącegoCzujnik ciśnienia absolutnego w układzie dolotowym silnika wolnossącego (bez układu doładowania), np. silnika ZI, mie-rzy ciśnienie w zakresie:

• od ciśnienia bliskiego próżni;

• do ciśnienia bliskiego atmosferycznemu; tylko chwilowo występują ciśnienia nieznacznie wyższe od atmosferycz-nego (efekt działania tzw. doładowania bezsprężarkowe-go).

W układach sterowania silników wolnossących, są wykorzy-stywane czujniki ciśnienia absolutnego, o takim zakresie po-miarowym, lub zbliżonym, jaki cechuje przykładowy czujnik firmy Bosch (jeden z wielu), prezentowany na rys.8. Zakres pomiarowy przykładowego czujnika ciśnienia absolutnego, wynosi od 10 do 115 kPa.

4.2. Czujnik ciśnienia absolutnego w układzie dolotowym silnika doładowanegoCzujnik ciśnienia absolutnego w układzie dolotowym sil-nika doładowanego (układ doładowania sprężarką lub tur-bosprężarką lub oboma typami sprężarek równolegle), np. popularnych dziś turbodoładowanych silników ZS, mierzy ciśnienie w zakresie:

• od ciśnienia niższego od ciśnienia atmosferycznego;

• do ciśnienia równego wielokrotności ciśnienia atmosfe-rycznego.

W układach sterowania silników doładowanych, są wykorzy-stywane czujniki ciśnienia absolutnego, o takim zakresie po-miarowym, lub zbliżonym, jaki cechuje przykładowy czujnik firmy Bosch (jeden z wielu), prezentowany na rys.9. Zakres pomiarowy przykładowego czujnika ciśnienia absolutnego, wynosi od 50 do 400 kPa.

4.3. Czujniki ciśnienia absolutnego w układach dolotowych silników 1,4l TSIFirma Pierburg, w jednej z informacji serwisowych, zwróciła uwagę, że w układach sterowania nowoczesnych silników, jest wykorzystywanych nawet kilka czujników ciśnienia ab-solutnego. Mają różne zakresy pomiarowe, oraz posiadają lub nie, czujnik temperatury powietrza. Przykładem takich silników są silniki 1,4l TSI firmy Volkswagen, oznaczone

Rys.8 Przykładowy czujnik firmy Bosch, do pomiaru ciśnienia absolutnego w kolektorze dolotowym wolnossących silników ZI, o numerze zamówieniowym 0 261 230 030 (a) i jego charakterystyka (b). Oznaczenia na rysunku: pa - ciśnienie absolutne; Uwy - napięcie sygnału wyjściowego czujnika. (Źródło - Katalog czujników firmy Bosch 2006/2007).

Rys.9 Przykładowy czujnik firmy Bosch, do pomiaru ciśnienia absolutnego w ko-lektorze dolotowym turbodoładowanych silników ZS, o numerze zamówieniowym 0 281 002 655 (a) i jego charakterystyka (b). Oznaczenia na rysunku: pa - ciśnienie abso-lutne; Uwy - napięcie sygnału wyjściowego czujnika; Uz - napięcie zasilania czujnika. Na rysunku podany jest wzór, który umożliwia obliczenie wartości napięcia wyjściowego czujnika Uwy [V], dla określonych wartości: napięcia zasilającego czujnik Uz [V] i ciśnienia absolutnego pa [kPa]. (Źródło - Katalog czujników firmy Bosch 2006/2007).



kodami: BMY (moc silnika 103 kW) oraz BLG (moc silnika 125 kW). Oba są prekursorami tzw. downsizingu, czyli obni-żania pojemności skokowej silnika, w połączeniu z dołado-waniem mechanicznym lub turbosprężarką, aby gdy potrze-ba, silnik mógł pracować z wymaganą, większą wartością momentu obrotowego, która dotychczas była oferowana przez silniki o większej pojemności skokowej. Oba wymie-nione silniki są ponadto zasilane układem bezpośredniego wtrysku benzyny, co dodatkowo przyczynia się do obniże-nia zużycia paliwa.

Układ doładowania tych silników składa się z połączonych szeregowo: sprężarki mechanicznej (2, rys.10) i turbosprę-żarki (13). Sprężarka mechaniczna typu Roots (2) jest napę-dzana od wału korbowego silnika (7) dwoma przekładniami pasowymi (6 i 4), za pośrednictwem sprzęgła elektromagne-tycznego (5) zamontowanego przy pompie płynu chłodzą-cego, które włącza napęd sprężarki. Wirniki sprężarki mecha-nicznej (5, rys.11) obracają się pięciokrotnie szybciej niż wał

korbowy silnika. Obroty są zwiększane przez obie przekład-nie pasowe (1 i 2, rys.11) i przez przekładnię (3) w sprężarce.Turbosprężarka (13, rys.10 i rys.12) jest wyposażona w:

• zawór upustowy (11, rys.10) do regulacji ciśnienia doła-dowania;

• zawór powietrza obiegowego turbosprężarki dla funkcji hamowania silnikiem (14, rys.10), który otwiera się podczas hamowania silnikiem, aby nie nastąpił wzrost ciśnienia w kolektorze dolotowym; ten wzrost ciśnienia hamuje wirnik sprężarki, a tym samym zwiększa zwłokę „powrotu” do tłoczenia powietrza, gdy pedał przyspiesze-nia zostanie ponownie naciśnięty.

Powietrze tłoczone przez sprężarkę przepływa przez chłod-nicę powietrza doładowującego (10).Droga przepływu powietrza do silnika zależy od prędkości obrotowej i pożądanej przez kierowcę wartości momentu obrotowego silnika. Dla każdej pary tych wielkości sterownik silnika określa sposób doprowadzenia powietrza do silnika

Rys.10 Schemat układu dolotowego silników 1,4l TSI, firmy Volkswagen o kodach BMY i BLG. Elementy na rysunku: 1 - filtr powietrza; 2 - sprężarka mechaniczna; 3 - klapa regu-lująca przepływ powietrza przez sprężarkę mechaniczną; 4 - przekładnia pasowa napędzająca sprężarkę mechaniczną; 5 - pompa płynu chłodzącego, zintegrowana ze sprzęgłem elektromagnetycznym; 6 - przekładnia pasowa napędzająca pompę płynu chłodzącego; 7 - wał korbowy silnika; 8 - kolektor dolotowy; 9 - przepustnica; 10 - chłodnica powietrza doładowującego; 11 - zawór upustowy spalin; 12 - kolektor wydechowy; 13 - turbosprężarka; 14 - zawór powietrza obiegowego turbosprężarki dla funkcji hamowania silnikiem; 15 - konwerter katalityczny. Czujniki ciśnienie absolutnego i temperatury: A - czujnik ciśnienia absolutnego (oznaczenie VW - G583) i temperatury (oznaczenie VW - G520) powietrza tłoczonego przez sprężarkę mechaniczną, w układzie dolotowym silnika; B - czujnik ciśnienia absolutnego (oznaczenie VW - G31) i temperatury (oznaczenie VW - G299) powietrza doładowującego w układzie dolotowym silnika; C - czujnik ciśnienia absolutnego (oznaczenie VW - G71) i temperatury (oznaczenie VW - G42) powietrza w kolektorze dolotowym silnika. (Źródło: Volkswagen)

11Dodatek techniczny


Rys.11 Sprężarka mechaniczna silnika 1,4l TSI i jej układ napędowy. Elementy na ry-sunku: 1 - przekładnia pasowa napędzająca pompę płynu chłodzącego, zintegrowaną ze sprzęgłem elektromagnetycznym; 2 - przekładnia pasowa napędzająca sprężarkę mechaniczną, włączana sprzęgłem elektromagnetycznym; 3 - przekładnia zwiększa-jąca prędkość obrotową wirników sprężarki; 4 - przekładnia synchronizująca obroty wirników sprężarki; 5 - wirniki sprężarki. (Źródło: Volkswagen)

Rys.12 Turbosprężarka silnika. Elementy na rysunku: 1 - turbina, jej obudowa jest zin-tegrowana z kolektorem wylotowym; 2 - sprężarka; 3 - zawór powietrza obiegowego turbosprężarki dla funkcji hamowania silnikiem; 4 - siłownik podciśnieniowy zaworu upustowego spalin. (Źródło: Volkswagen)

Rys.13 Wykresy ciśnień powietrza w skali absolutnej: 1 - ciśnienia doładowania sprę-żarki mechanicznej; 2 - ciśnienia doładowania turbosprężarki; 3 - sumarycznego ci-śnienia doładowania sprężarki mechanicznej i turbosprężarki. Wykresy zostały wyko-nane dla silnika pracującego na charakterystyce zewnętrznej (przy całkowitym otwarciu przepustnicy). (Źródło: Volkswagen) Rys.14

oraz reguluje wartość ciśnienia doładowania przez:

• włączenie sprzęgła elektromagnetycznego (5, rys.10), jeśli ma pracować sprężarka mechaniczna;

• ustawienie klapy (3, rys.10), regulującej przepływ powie-trza przez sprężarkę mechaniczną (2);

• sterowanie zaworem upustowym spalin (11, rys.10) jeśli jest konieczna regulacja ciśnienia doładowania turbo-sprężarki.

Pracująca samodzielnie sprężarka mechaniczna tłoczy po-wietrze pod maksymalnym ciśnieniem absolutnym 1,75 bara (nadciśnienie 0,75 bara), już od obrotów silnika niewie-le wyższych od obrotów biegu jałowego (linia wykresu nr 1, rys.13). Przy wzroście prędkości obrotowej, od obrotów biegu jałowego silnika, rośnie ciśnienie doładowania turbo-

sprężarki (linia wykresu nr 2, rys.13). Ciśnienie doładowania silnika, jest sumą ciśnień powietrza tłoczonego przez obie sprężarki (linia wykresu nr 3). Wsparcie turbosprężarki przez sprężarkę mechaniczną spowodowało, że:

• od obrotów niewiele wyższych od obrotów biegu jałowego, silnik pracuje z wysoką wartością momentu obrotowego;

• nie ma zjawiska tzw. turbodziury, czyli opóźnionej reakcji turbosprężarki przy nagłym wzroście obciążenia silnika, w niskim zakresie prędkości obrotowych.



W układzie sterowania tego silnika znajdują się cztery czuj-niki ciśnienia absolutnego:

• trzy są zamontowane w układzie dolotowym silnika (oznaczone A, B i C na rys.10);

• czwarty jest w sterowniku silnika.

4.3.1. Czujnik ciśnienia absolutnego (G583) i temperatury powietrza (G520) w układzie dolotowym silnikaTen czujnik (A, rys.10 i rys.14), jest zamontowany w układzie dolotowym, za sprężarką mechaniczną (2, rys.10) i za klapą regulującą przepływ powietrza przez sprężarkę mechanicz-ną (3). Mierzy ciśnienie absolutne i temperaturę powietrza tłoczonego przez sprężarkę mechaniczną.Wykorzystanie sygnału czujnika przez program ste-rownika. Informacja o ciśnieniu powierza tłoczonego przez sprężarkę mechaniczną, jest wykorzystywana do regulacji tego ciśnienia, z wykorzystaniem klapy regulującej przepływ powietrza przez sprężarkę mechaniczną.Informacja o temperaturze powietrza tłoczonego przez sprężarkę mechaniczną jest wykorzystywana do zabezpie-czenia elementów układu dolotowego przed przegrzaniem. Jeśli temperatura przekracza wartość 130OC, zmniejszane jest ciśnienie powietrza tłoczonego przez sprężarkę mecha-niczną.Praca programu sterownika przy błędnym sygnale czujnika. Jeśli wartość sygnału ciśnienia lub temperatury powietrza tłoczonego przez sprężarkę mechaniczną jest nieprawidłowa, to program sterownika:

• przerywa regulację ciśnienia powietrza tłoczonego przez sprężarkę mechaniczną;

• przechodzi do sterowania sprężarką mechaniczną.Zmniejszona zostaje wartość momentu obrotowego silnika, w dolnym zakresie prędkości obrotowej.

4.3.2. Czujnik ciśnienia absolutnego (G31) i temperatury powietrza (G299) w układzie dolotowym silnikaTen czujnik (B, rys.10 i rys.15), jest zamontowany w układzie dolotowym, bezpośrednio przed przepustnicą (9, rys.10). Mierzy ciśnienie absolutne powietrza doładowującego, któ-re jest sumą ciśnienia powietrza tłoczonego przez sprężarkę mechaniczną i ciśnienia powietrza tłoczonego przez turbo-sprężarkę, oraz temperaturę powietrza doładowującego. Nazywany jest również czujnikiem ciśnienia doładowania.Wykorzystanie sygnału czujnika przez program ste-rownika. Informacja o ciśnieniu powierza doładowującego jest wykorzystywana do regulacji ciśnienia powietrza tłoczo-nego przez turbosprężarkę, z wykorzystaniem zaworu upu-stowego spalin (11, rys.10). Informacja o temperaturze powierza doładowującego jest wykorzystywana do korekcji ciśnienia doładowującego, która uwzględnia wpływ temperatury powietrza na jego gęstość.Praca programu sterownika przy błędnym sygnale czujnika. Jeśli wartość sygnału ciśnienia lub temperatury powietrza doładowującego jest nieprawidłowa, to program sterownika:

Rys.15 Rys.16



• przerywa regulację ciśnienia powietrza tłoczonego przez turbosprężarkę;

• przechodzi do sterowania turbosprężarką.

Jeśli uszkodzeniu ulegnie inny czujnik układu sterowania sil-nikiem, wyłączana jest sprężarka mechaniczna (do usunięcia uszkodzenia). Materiały firmy Volkswagen nie podają do-kładnie, czy chodzi o jakikolwiek czujnik, czy tylko o czujnik związany z pracą układu doładowania.

4.3.3. Czujnik ciśnienia absolutnego (G71) i temperatury powietrza (G42) w kolektorze dolotowym silnikaTen czujnik (C, rys.10 i rys.16), jest zamontowany w kolek-torze dolotowym, za przepustnicą (9). Mierzy ciśnienie ab-solutne i temperaturę powietrza, w kolektorze dolotowym silnika.Wykorzystanie sygnału czujnika przez program ste-rownika. Informacja o ciśnieniu i temperaturze powietrza w kolektorze dolotowym, wraz z informacją o prędkości ob-rotowej silnika, są wykorzystywane przez program sterowni-ka do obliczania masowego natężenia przepływu powietrza w układzie dolotowym silnika.Praca programu sterownika przy błędnym sygnale czujnika. Jeśli wartość sygnału ciśnienia lub temperatury powietrza w kolektorze dolotowym jest nieprawidłowa, to program sterownika:

• oblicza masowe natężenie przepływu powietrza w układzie dolotowym silnika, na podstawie wartości kąta otwarcia przepustnicy, temperatury powietrza dołado-wującego mierzonej przez czujnik G299, oraz prędkości obrotowej silnika;

• przechodzi do sterowania turbosprężarką (przy prawi-dłowym sygnale tych czujników, ciśnienie powietrza tłoczonego przez turbosprężarkę jest regulowane).

Jeśli uszkodzeniu ulegnie jakiś inny czujnik układu sterowania silnikiem, może zostać wyłączona sprężarka mechaniczna.

4.3.4. Czujnik ciśnienia atmosferyczne-goJest zamontowany w sterowniku silnika. Mierzy ciśnienie absolutne powietrza otoczenia.Wykorzystanie sygnału czujnika przez program ste-rownika. Informacja o ciśnieniu atmosferycznym jest wy-korzystywana przez sterownik do obliczania współczynni-ka korekcyjnego ciśnienia doładowania, który uwzględnia wpływ ciśnienia atmosferycznego na gęstość powietrza otoczenia (jest ono wokół nas).Praca programu sterownika przy błędnym sygnale czujnika. Jeśli wartość sygnału ciśnienia atmosferycznego

jest nieprawidłowa, to program sterownika przechodzi do sterowania turbosprężarka (przy prawidłowym sygnale tego czujnika, ciśnienie powietrza tłoczonego przez turbosprę-żarkę jest regulowane). Może wystąpić wzrost emisji składni-ków szkodliwych oraz zmniejszenie momentu obrotowego i mocy silnika.

Informacje zawarte w tym rozdziale pochodzą z zeszytu pro-gramu studiów własnych nr 359, firmy Volkswagen, pt. „1.4l TSI Engine with Dual-charging - Design and Function”.

5. Diagnostyka czujnika ciśnienia absolutnego w stanie wymon-towanymWedług zaleceń firmy Pierburg, przebiega ona w trzech krokach:

1. Kontrola wartości napięcia zasilającego czujnik ciśnie-nia absolutnego;

2. Kontrola wartości sygnału wyjściowego czujnika ciśnienia absolutnego;

3. Jeśli czujnik ciśnienia absolutnego posiada czujnik temperatury powietrza dolotowego to kontrola jego rezystancji w określonych temperaturach.

5.1. Kontrola wartości napięcia zasila-jącego czujnik ciśnienia absolutnego

1. Odłączyć wtyczkę od czujnika.

2. Włączyć zapłon.

3. Wybrać zakres pomiarowy miernika uniwersalnego na pomiar napięcia stałego, o wartości 5,0 V.

4. Zmierzyć napięcie pomiędzy stykami wtyczki, które łączą się ze stykami czujnika oznaczonymi literami (patrz tabela 1): A - masa czujnika; C - zasilanie czujni-ka. Wartość wymagana - 5,0 V (producent nie podaje tolerancji pomiaru).

5. Jeśli wymagana wartość napięcia nie została osiągnię-ta, należy ustalić przyczynę. Może to być spowodowa-ne np. nieprawidłowym połączeniem sterownika z któ-rąś z jego mas lub dodatkową rezystancją w obwodzie zasilającym czujnik.



Czujnik ciśnienia absolutnego

- nr katalogowy, rysunek i widok złącza czujnika

z oznaczeniami styków(1

„Dolny” punkt kontrolny „Górny” punkt kontrolny

Wartość „dolnego”ciśnienia absolutnego pda

(2

Wymagany zakres wartości „dolnego” napięcia Ud sygna-łu wyjściowego(3

[V]

Wartość „górnego”ciśnienia absolutnego pga

(2

Wymagany zakres wartości „górnego” napięcia Ug sygna-

łu wyjściowego(3

[V]

[mbar] [MPa] [mbar] [MPa]

150 0,015 0,250 - 0,271 1020 0,102 4,759 - 5,156

400 0,04 1,349 - 1,484 1000 0,1 4,427 - 4,562

400 0,04 1,552 - 1,687 1000 0,1 3,982 - 4,117

400 0,04 0,688 - 0,823 2100 0,21 3,833 - 3,968

400 0,04 1,532 - 1,667 1000 0,1 3,966 - 4,101

400 0,04 0,698 - 0,833 2100 0,21 3,843 - 3,978

400 0,04 1,341 - 1,476 1000 0,1 4,416 - 4,551

400 0,04 0,698 - 0,833 2100 0,21 3,843 - 3,978

400 0,04 1,552 - 1,687 1000 0,1 3,982 - 4,117

400 0,04 1,372 - 1,507 1000 0,1 4,357 - 4,492

Tabela 1 Wartości kontrolne czujników ciśnienia absolutnego firmy Pierburg

(Źródło: Pierburg)



400 0,04 1,552 - 1,687 1000 0,1 3,982 - 4,117

400 0,04 0,712 - 0,847 2000 0,2 3,672 - 3,807

400 0,04 1,314 - 1,449 1000 0,1 3,882 - 4,017

400 0,04 0,612 - 0,747 2600 0,26 3,945 - 4,080

400 0,04 1,552 - 1,687 1000 0,1 3,982 - 4,117

400 0,04 1,530 - 1,665 1000 0,1 3,972 - 4,107

400 0,04 1,221 - 1,356 1000 0,1 3,904 - 4,039

400 0,04 0,640 - 0,775 2600 0,26 3,984 - 4,119

400 0,04 1,341 - 1,476 1000 0,1 4,416 - 4,551

400 0,04 1,228 - 1,363 1000 0,1 3,922 - 4,057

400 0,04 1,552 - 1,687 1000 0,1 3,982 - 4,117

Uwagi:1. Oznaczenia styków złącza czujnika ciśnienia absolutnego: A - masa czujnika; B - sygnał wyjściowy czujnika; C - zasilanie

czujnika napięciem 5,0 V; D - styk czujnika temperatury typu NTC (rezystancja czujnika typu NTC, czyli o tzw. ujemnym współczynniku temperaturowym, maleje przy wzroście temperatury, a rośnie przy spadku temperatury).

2. Ciśnienia są podane w skali absolutnej ciśnień. Konieczne jest ich przeliczenie na pod- lub nadciśnienie, dla aktualnej wartości ciśnienia atmosferycznego.

3. Podane wartości napięć należy mierzyć przy napięciu zasilającym czujnik, o wartości 5,0 V (styk C) i przy temperaturze czujnika, w zakresie od 18°C do 28°C.



5.2. Kontrola wartości sygnału wyjścio-wego czujnika ciśnienia absolutnegoWedług zaleceń firmy Pierburg, kontrolę przeprowadzamy w dwóch punktach charakterystyki czujnika:

• w „dolnym” punkcie kontrolnym, co oznacza, że wykonu-jemy ją dla wartości ciśnienia bliskiej najmniejszej warto-ści ciśnienia, którą może zmierzyć dany typ czujnika;

• w „górnym” punkcie kontrolnym, co oznacza, że wykonu-jemy ją dla wartości ciśnienia bliskiej największej wartości ciśnienia, którą może zmierzyć dany typ czujnika.

Do kontroli czujnika ciśnienia absolutnego konieczne są:

• pompka podciśnieniowa lub pod- i nadciśnieniowa - za-leżnie od zakresu pomiarowego sprawdzanego czujnika (patrz rozdział 3).

• woltomierz, częstotliwościomierz lub miernik uniwersal-ny, z funkcjami pomiaru napięcia i częstotliwości, zależnie od tego, czy sygnał wyjściowy danego czujnika jest napięciowy czy częstotliwościowy;

• zasilacz, jeśli będziemy sprawdzać czujnik odłączony od instalacji elektrycznej samochodu.

Czujnik ciśnienia absolutnego, którego sygnał wyj-ściowy jest typu napięciowego, kontrolujemy w spo-sób opisany poniżej.1. Wybieramy, czy będziemy kontrolować czujnik ciśnie-

nia absolutnego: a) wymontowany z układu dolotowego silnika, ale połą-

czony z instalacją elektryczną samochodu i z niej zasilany; b) wymontowany z układu dolotowego silnika, zasilany z zasilacza.

2. Jeśli będziemy sprawdzać wymontowany czujnik ciśnienia absolutnego, ale przyłączony do instalacji elektrycznej samochodu, to:

a) wymontowujemy go z układu dolotowego, ale pozosta-wiamy przyłączony do instalacji elektrycznej samochodu;

b) przyłączamy woltomierz tak, aby mierzyć napięcie sy-gnału wyjściowego (patrz rys.17); zwracamy uwagę na oznaczenia styków złącza danego typu czujnika (patrz ta-bela 1); napięcie mierzymy pomiędzy stykami B (+) i A (-);

c) ustawiamy woltomierz na pomiar napięcia stałego, o wartości do 5,0 V;

d) końcówkę pomiarową czujnika łączymy z pompką podciśnieniową lub pod- i nadciśnieniową;

e) włączamy zapłon.3. Jeśli będziemy sprawdzać wymontowany czujnik

ciśnienia absolutnego, zasilany z zasilacza, to: a) wymontowujemy go z układu dolotowego, i odłączamy

od instalacji elektrycznej samochodu; b) łączymy czujnik 3 (patrz rys.17) z woltomierzem 1 oraz

zasilaczem 2; zwracamy uwagę na oznaczenia styków złą-cza danego typu czujnika (patrz tabela 1); napięcie mie-rzymy pomiędzy stykami B (+) i A (-).

c) ustawiamy woltomierz na pomiar napięcia stałego, o wartości do 5,0 V;

d) końcówkę pomiarową czujnika łączymy z pompką podciśnieniową lub pod- i nadciśnieniową;

e) włączamy zasilacz 2.4. Dla „dolnego” punktu kontrolnego, przeliczamy

wartość ciśnienia pda, podanego w skali absolutnej ciśnień, na wartość pod- lub nadciśnienia pd. Korzysta-my z wzoru:

(5) pd = pda - paa

gdzie: pd - wartość pod- lub nadciśnienia dla „dolnego” punktu

kontrolnego; pda - wartość ciśnienia w skali absolutnej, dla „dolnego”

punktu kontrolnego; paa - wartość ciśnienia atmosferycznego w skali absolutnej.

Rys.17 Układ pomiarowy do sprawdzania czujnika ciśnienia absolutnego w stanie wy-montowanym. Elementy układu: 1 - woltomierz, częstotliwościomierz lub oscyloskop (zależnie od rodzaju sygnału wyjściowego czujnika ciśnienia absolutnego: napięciowy lub częstotliwościowy); 2 - zasilacz warsztatowy; 3 - czujnik ciśnienia absolutnego; 4 - ręczna pompka podciśnieniowa lub pod- i nadciśnieniowa, zależnie od zakresu po-miarowego sprawdzanego czujnika. Oznaczenia styków złącza czujnika ciśnienia abso-lutnego: A - masa czujnika; B - sygnał wyjściowy czujnika; C - zasilanie czujnika napię-ciem 5,0 V; D - styk czujnika temperatury typu NTC. Zaprezentowany na ilustracji czujnik ciśnienia absolutnego, o 4 stykach, posiada wbudowany czujnik temperatury powietrza dolotowego. Dla czujników ciśnienia absolutnego o 3 stykach, bez czujnika temperatury powietrza dolotowego, przedstawiony na ilustracji układ połączeń, jest taki sam.



Jeśli obliczona z wzoru 5 wartość ciśnienia pd jest ujemna, to znaczy, że jest to podciśnienie. Uzysku-jemy je z pomocą pompki podciśnieniowej lub pod- i nadciśnieniowej, a na skali wakuometru lub manowakuometru mierzymy jako podciśnienie. Jeśli obliczona z wzoru 5 wartość ciśnienia pd jest dodat-nia, to znaczy, że jest to nadciśnienie. Uzyskujemy je z po-mocą pompki nadciśnieniowej, a na skali manowakuome-

tru lub manometru mierzymy jako nadciśnienie Dla przykładowego czujnika ciśnienia absolutnego, o

numerze katalogowym 7.18222.04.0, wartość ciśnienia w skali absolutnej dla „dolnego” punktu kontrolnego (patrz tabela 1 i rys.18) pda = 0,04 MPa. Jeśli przyjmiemy wartość ciśnienia atmosferycznego paa = 0,1 MPa, to obliczona z wzoru 4 wartość ciśnienia pd wynosi:

pd = pda - paa = 0,04 - 0,1 = - 0,06 MPa

Rys.18 Sprawdzenie wartości napięcia sygnału wyjściowego Uwy, czujnika ciśnienia absolutnego, w tzw. „dolnym” punkcie kontrolnym (rys.a). Wartości przedstawione na ilustracji odpowiadają charakterystyce czujnika ciśnienia absolutnego o numerze kata-logowym 7.18222.04.0 (patrz tabela nr 1). Dla „dolnego” punktu kontrolnego przykła-dowego czujnika, wartość ciśnienia pda w skali absolutnej, jest równa 0,04 MPa. Przy założeniu, że wartość ciśnienia atmosferycznego (w skali absolutnej) wynosi 0,10 MPa, należy więc dla „dolnego” punktu kontrolnego, z pomocą pompki podciśnieniowej lub pod- i nadciśnieniowej, uzyskać podciśnienie o wartości pdp = 0,06 MPa. Podciśnienie, niezależnie od jego wartości, „odmierzamy” na skali manowakuometru lub waku-ometru, w sposób pokazany na rys.b. Wartość mierzonego napięcia Ud, sygnału wyjścio-wego czujnika, w „dolnym” punkcie kontrolnym, powinna mieścić się w zakresie wyma-ganym, dla danego czujnika (dla czujników firmy Pierburg, są one podane w tabeli 1).

Rys.19 Sprawdzenie wartości napięcia sygnału wyjściowego Uwy, czujnika ciśnienia absolutnego, w tzw. „górnym” punkcie kontrolnym (rys.a). Wartości przedstawione na ilustracji odpowiadają charakterystyce czujnika ciśnienia absolutnego o numerze katalogowym 7.18222.04.0 (patrz tabela nr 1). Dla „górnego” punktu kontrolnego przykładowego czujnika, wartość ciśnienia pga w skali absolutnej, jest równa 0,21 MPa. Przy założeniu, że wartość ciśnienia atmosferycznego (w skali absolutnej) wynosi 0,10 MPa, należy więc dla „górnego” punktu kontrolnego, z pomocą pompki nadciśnieniowej uzyskać nadciśnienie o wartości pgn = 0,11 MPa. Nadciśnienie, „odmierzamy” na skali manowakuometru lub manometru, w sposób pokazany na rys.b. Wartość mierzonego napięcia Ug, sygnału wyjściowego czujnika, w „górnym” punkcie kontrolnym, powinna mieścić się w zakresie wymaganym, dla danego czujnika (dla czujników firmy Pierburg, są one podane w tabeli 1).



Zgodnie z przedstawioną wcześniej zasadą, ponieważ obli-czona wartość ciśnienia jest ujemna, to oznacza, że z pomo-cą wakuometru lub manowakuometru należy uzyskać pod-ciśnienie o wartości 0,06MPa. Jego wartość odczytujemy na skali wakuometru lub manowakuometru - patrz rys.18b.

5. Po wytworzeniu pod- lub nadciśnienia pd, o wartości obliczonej w pkt.4, mierzymy wartość napięcia Ud sy-gnału wyjściowego czujnika, w „dolnym” punkcie kon-trolnym. Wynik jest prawidłowy, jeśli zmierzona wartość napięcia Ud mieści się zakresie wymaganym.

6. Dla „górnego” punktu kontrolnego, przeliczamy wartość ciśnienia pga, podanego w skali absolutnej ciśnień, na wartość pod- lub nadciśnienia pg. Korzystamy z wzoru:

(6) pg = pga - paa

gdzie: pg - wartość pod- lub nadciśnienia dla „górnego” punktu

kontrolnego; pga - wartość ciśnienia w skali absolutnej, dla „górnego”

punktu kontrolnego; paa - wartość ciśnienia atmosferycznego w skali absolut-

nej.

Jeśli obliczona z wzoru 6 wartość ciśnienia pg jest ujemna, to znaczy, że jest to podciśnienie. Uzyskujemy je z pomo-cą pompki podciśnieniowej lub pod- i nadciśnieniowej, a na skali wakuometru lub manowakuometru mierzymy jako podciśnienie.

Jeśli obliczona z wzoru 6 wartość ciśnienia pg jest dodat-nia, to znaczy, że jest to nadciśnienie. Uzyskujemy je z po-mocą pompki nadciśnieniowej, a na skali manowakuome-tru lub manometru mierzymy jako nadciśnienie

Dla przykładowego czujnika ciśnienia absolutnego, o numerze katalogowym 7.18222.04.0, wartość ciśnienia w skali absolutnej dla „górnego” punktu kontrolnego (patrz tabela 1 i rys.19) pga = 0,21 MPa. Jeśli przyjmiemy wartość ciśnienia atmosferycznego paa = 0,1 MPa, to obli-czona z wzoru 6 wartość ciśnienia pg wynosi:

pg = pga - paa = 0,21 - 0,1 = 0,11 MPa

Zgodnie z przedstawioną wcześniej zasadą, ponieważ obliczona wartość ciśnienia jest dodatnia, to oznacza, że z pomocą manowakuometru lub manometru należy uzyskać nadciśnienie o wartości 0,11 MPa. Jego wartość odczytujemy na skali manowakuometru lub manometru - patrz rys.19b.

7. Po wytworzeniu pod- lub nadciśnienia pg, o wartości obliczonej w pkt.6, mierzymy wartość napięcia Ug sygnału wyjściowego czujnika, w „górnym” punkcie kontrolnym. Wynik jest prawidłowy, jeśli zmierzona wartość napięcia Ug mieści się zakresie wymaganym.

8. Czujnik ciśnienia absolutnego uznajemy za sprawny, jeśli w „dolnym” i „górnym” punkcie kontrolnym war-tości napięć wyjściowych, znajdowały się w zakresach wymaganych.

Sposób sprawdzania czujnika ciśnienia absolutnego, o czę-stotliwościowym sygnale wyjściowym, jest podobny do przedstawionego powyżej. Należy tylko zamiast woltomie-rza, użyć np. multimetru, z funkcją pomiaru częstotliwości sygnału, lub oscyloskopu. Czujniki ciśnienia absolutnego, o częstotliwościowym sygnale wyjściowym wykorzystują niektórzy producenci samochodów, bowiem sygnał wyj-ściowy tych czujników jest mniej podatny na zakłócenia.

5.2.1. Kłopoty z pomiarem ciśnieńW procedurze pomiarowej, przedstawionej w podrozdziale 5.2., jest małe „ale”. Jest nim wartość ciśnienia atmosferycz-nego. O tym problemie piszę też w podrozdziale 2.1.Można przyjąć, bez pomiaru aktualnej wartości ciśnienia at-mosferycznego, że jego wartość jest stała i wynosi 0,1 MPa. Jeśli jednak wartość ciśnienia atmosferycznego ulega du-żym zmianom, np. przebywamy na znacznej wysokości nad poziomem morza lub pogoda w okolicy zmienia się gwał-townie, to takie założenie może być błędne. Jego następ-stwem może być błędna ocena sprawności czujnika ciśnie-nia absolutnego.Proszę również zwrócić uwagę, że dla wielu czujników ciśnienia absolutnego, wartość ciśnienia w skali absolut-nej, dla „górnego” punktu kontrolnego, jest równa 0,1 MPa (1000 mbar). Jeśli przyjęliśmy bez pomiaru, że ciśnienie at-mosferyczne jest równe 0,1 MPa, a podczas pomiaru war-tości napięcia Ug sygnału wyjściowego czujnika ciśnienia absolutnego, w „górnym” punkcie kontrolnym, okazuje się, że wartość mierzona nie mieści się zakresie wymaganym, wówczas rodzą się wątpliwości - czy jest to spowodowane niesprawnością czujnika, czy może wartość ciśnienia atmos-ferycznego jest inna niż założona wartość 0,1 MPa? W tej sy-tuacji, jedyne rozwiązanie to pomiar barometrem, aktualnej wartości ciśnienia atmosferycznego (rys.1b), szczególnie je-śli pracownikom serwisu zależy na dokładności.Kolejnym problemem, zarówno przy diagnostyce czujników ciśnienia absolutnego jak i czujników różnicy ciśnień, jest pomiar małych ciśnień lub ustawianie małych ciśnień z wy-korzystaniem pompki podciśnieniowej lub pod- i nadciśnie-niowej. Jest to szczególnie istotne, jeśli podczas kontroli tych czujników, do przeliczeń ciśnień pomiędzy skalami, jest wy-korzystywana aktualna wartość ciśnienia atmosferycznego.Opisany problem pomiaru małych ciśnień, wystąpi przy-kładowo przy czujniku ciśnienia absolutnego o numerze katalogowym 7.18222.01.0, dla którego ciśnienie absolut-ne w „górnym” punkcie kontrolnym jest równe 0,102 MPa (1020 mbar) - patrz tabela 1.Mamy tu jednak proste i tanie rozwiązanie, czyli manometr różnicowy o zakresie pomiarowym 0,01 MPa, który mierzy ci-



Rys.20 Układ pomiarowy do sprawdzania czujnika temperatury powietrza dolotowego, wbudowanego w czujnik ciśnienia absolutnego. Elementy układu: 1 - omomierz; 2 - czujnik ciśnienia absolutnego z czujnikiem temperatury; 3 - ośrodek (powietrze lub woda) o znanej temperaturze. Oznaczenia styków złącza czujnika ciśnienia absolut-nego: A - masa czujnika; B - sygnał wyjściowy czujnika; C - zasilanie czujnika napięciem 5,0 V; D - styk czujnika temperatury typu NTC.

śnienie względem ciśnienia atmosferycznego (zakładamy, że znamy jego aktualna wartość, zmierzoną barometrem). Do samodzielnego wykonania tego manometru potrzebne są:• U - rurka, o długości odcinków prostych nieco większych

niż 1 m;• woda;• barwnik do wody (np. wodna farbka);• papier milimetrowy - z niego wykonamy skalę;• deska - na niej zamontujemy U-rurkę i skalę;• płaskownik, filc i wkręty do drewna - do zamocowania

U-rurki do deski;

• rurki połączeniowe.Wówczas pompką podciśnieniową lub pod- i nadciśnienio-wą wytwarzamy pod- lub nadciśnienie, a mierzymy je nie manometrem pompki, ale U-rurką.

5.3. Kontrola rezystancji czujnika temperatury powietrza dolotowegoPrzeprowadzamy ją przez pomiar rezystancji elementu opo-rowego czujnika, typu NTC, który znajduje się w ośrodku o znanej temperaturze. Wartości wymagane są ujęte w 2. Niestety w tym przypadku firma Pierburg nie podała tole-rancji, zarówno dla temperatur, przy których należy wyko-nywać pomiar jak i wartości mierzonych rezystancji. Pomiar wykonujemy w sposób opisany poniżej.

1. Czujnik ciśnienia absolutnego, z czujnikiem temperatu-ry, wymontowujemy z układu dolotowego.

2. Przyłączamy omomierz pomiędzy styki A i D złącza czujnika (rys.20). Wybieramy zakres pomiarowy, który umożliwia pomiary rezystancji o wartościach podanych w tabeli 2.

3. Umieszczamy element oporowy czujnika w ośrodku o znanej temperaturze. Dla jej uzyskania firma Pierburg za-leca wykorzystanie suszarki do włosów. Teoretycznie jest to możliwe, ale problemem jest pomiar temperatury ele-mentu oporowego czujnika - musimy znać tę temperaturę i mierzyć niezależnie od pomiaru sprawdzanym czujni-kiem. Ja proponuję umieści końcówką czujnika (rys.20) w wodzie (tylko ją!). Czujnik ciśnienia absolutnego jest odporny na działanie wilgoci. Używając wodę, nie bę-dzie możliwy pomiar rezystancji elementu oporowego w temperaturze 100OC.

4. Mierzona wartość rezystancji elementu oporowego, w każdej z temperatur elementu oporowego podanych w tabeli 2, powinna być bliska wartości wymaganej. Wobec niepodania przez firmę Pierburg tolerancji po-miaru rezystancji , proponuję przyjąć tolerancję ±5%.

Nr katalogowy czujnika ciśnienia

absolutnego(1

Rezystancja czujnika temperatury typu NTC,w trzech temperaturach [Ω](2

25°C 85°C 100°C

7.18222.03.0

2080 280 180

7.18222.09.0

7.18222.11.0

7.18222.12.0

7.18222.18.0

7.18222.20.0

7.18222.21.0

Uwagi:

1. Widok złącza wraz z oznaczeniami styków, jest w tabeli 1.

2. Czujnik temperatury typu NTC, to czujnik o tzw. ujemnym współczynniku temperaturowym. Jego rezystancja maleje przy wzroście temperatury, a rośnie przy spadku tempe-ratury.

Tabela 2 Wartości kontrolne czujników temperatury

powietrza dolotowego, wbudowanych do czujników ciśnienia absolutnego firmy Pierburg


szkolenieszkolenieszkolenieZaproszenieZaproszenieZaproszenie

na

Szanowni Państwo,zapraszam gości 11 Targów części zamiennych, narzędzi

i wyposażenia warsztatów na szkolenie pt.

Masowy przepływomierz powietrza – czujnik „szyty” na miarę dla silnika, trudny

w jednoznacznej diagnostyce

Dlaczego masowy przepływomierz powietrza? To jeden z najważniejszych czujników układu sterowania silników ZI i ZS. Wprawdzie dla obu mierzy to samo, ale sterowniki obu silników różnie wykorzy-stują tę informację. Dla spełnienia rosnących wymagań stawianych silnikom (emisja składników szkodliwych, zużycie paliwa, osiągi) przepływomierz jest dobierany do specy� cz-nych warunków przepływu powietrza w układzie dolotowym danego silnika. Siatki i różne elementy aerodynamiczne przepływomierza (nie tylko one), zapewniają wymaganą dokładność pomiaru.Niesprawność przepływomierza, prócz problemów w pracy silnika, może powo-dować problemy z oczyszczaniem � ltra cząstek stałych czy... w pracy np. asystenta pasa ruchu. Diagnostyka przepływomierzy jest jednak coraz trudniejsza.

Termin i miejsce szkolenia znajdziecie Państwo w programie targów, na stronie targowej oraz w katalogu targowym.

Serdecznie zapraszam,Stefan Myszkowski

pasa ruchu. Diagnostyka przepływomierzy jest jednak coraz trudniejsza.

Termin i miejsce szkolenia znajdziecie Państwo w programie targów, na stronie targowej oraz w katalogu targowym.


(Źródło: Bosch)

Czujniki ciśnienia absolutnego ›nienia atmosferycznego 2.3.anometry i ich rodzaje M 2.3.1. Skala...

Documents

Transcript of Czujniki ciśnienia absolutnego ›nienia atmosferycznego 2.3.anometry i ich rodzaje M 2.3.1. Skala...